¿Qué viene después de James Webb y WFIRST? Cuatro asombrosos telescopios espaciales del futuro

El Telescopio Espacial Hubble ha estado en el espacio durante 28 años, produciendo algunas de las imágenes más bellas y científicamente importantes del cosmos que la humanidad jamás haya tomado. Pero seamos realistas, el Hubble se está haciendo viejo y probablemente no estará con nosotros por mucho más tiempo.

El telescopio espacial James Webb de la NASA se encuentra en las etapas finales de prueba, y WFIRST está esperando en las alas. Te alegrará saber que hay aún más telescopios espaciales en proceso, un conjunto de cuatro poderosos instrumentos en diseño en este momento, que formarán parte del próximo Decadal Survey y ayudarán a responder las preguntas más fundamentales sobre el cosmos.

El Telescopio Espacial James Webb dentro de una sala limpia en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. Crédito: NASA/CSJ

Lo sé, lo sé, el telescopio espacial James Webb ni siquiera ha llegado al espacio todavía, y aún podría haber más retrasos a medida que avanza en su ronda actual de pruebas. En el momento en que estoy grabando este video, parece mayo de 2020, pero vamos, sabes que habrá retrasos.

Y luego está WFIRST, el telescopio espacial infrarrojo de gran angular que en realidad está hecho de un viejo telescopio de clase Hubble que la Oficina Nacional de Reconocimiento ya no necesitaba. La Casa Blanca quiere cancelarlo, el Congreso lo salvó y ahora la NASA está construyendo partes de él. Suponiendo que no tenga más retrasos, estamos viendo un lanzamiento a mediados de la década de 2020.

El telescopio de exploración de infrarrojos de campo amplio de la NASA (WFIRST) capturará imágenes con calidad de Hubble que cubrirán franjas de cielo 100 veces más grandes que el Hubble, lo que permitirá estudios de evolución cósmica.  Su Instrumento Coronógrafo obtendrá imágenes directas de exoplanetas y estudiará sus atmósferas.  Créditos: NASA/GSFC/Conceptual Image Lab
El Telescopio de exploración de infrarrojos de campo amplio de la NASA (WFIRST) capturará imágenes con calidad de Hubble que cubren franjas de cielo 100 veces más grandes que el Hubble. Estas enormes imágenes permitirán a los astrónomos estudiar la evolución del cosmos. Su Instrumento Coronógrafo obtendrá imágenes directas de exoplanetas y estudiará sus atmósferas.
Créditos: NASA/GSFC/Conceptual Image Lab

De hecho, hice un episodio sobre supertelescopios y hablé sobre James Webb y WFIRST, así que si quieres aprender más sobre esos observatorios, échale un vistazo primero.

Hoy vamos a ir más lejos en el futuro, para ver los telescopios de próxima generación. Los que podrían lanzarse después del telescopio que se lanza después del telescopio que viene a continuación.

Antes de profundizar en estas misiones, necesito hablar sobre la Encuesta decenal. Este es un informe creado por la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. para el Congreso y la NASA. Es esencialmente una lista de deseos de los científicos a la NASA, que define las preguntas más importantes que tienen en su campo de la ciencia.

Esto permite que el Congreso asigne presupuestos y que la NASA desarrolle ideas de misiones que ayudarán a cumplir la mayor cantidad posible de estos objetivos científicos.

Estas encuestas se realizan una vez cada década, reuniendo comités de ciencias de la Tierra, ciencias planetarias y astrofísica. Presentan ideas, discuten, votan y finalmente acuerdan un conjunto de recomendaciones que definirán las prioridades científicas durante la próxima década.

Actualmente estamos en el período de encuesta decenal 2013-2022, por lo que en unos pocos años, se realizará la próxima encuesta y definirá las misiones de 2023-2032. Lo sé, eso realmente suena como un futuro lejano, pero en realidad se está acabando el tiempo para volver a unir a la banda.

Si estás interesado, Pondré un enlace a la última Encuesta Decadales un documento fascinante y obtendrá una mejor idea de cómo se unen las misiones.

Todavía estamos a unos años del documento final, pero hay propuestas serias en las etapas de planificación para los telescopios espaciales de próxima generación, y son impresionantes. Hablemos de ellos.

HabEx

La primera misión que veremos es HabEx, o la Misión de Imágenes de Exoplanetas Habitables. Esta es una nave espacial que fotografiará directamente los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. Apuntará a todo tipo de planetas, desde Júpiter calientes hasta súper Tierras, pero su objetivo principal será fotografiar exoplanetas similares a la Tierra y medir sus atmósferas.

Longitudes de onda de luz que pueden ayudar a sugerir biosferas.  Crédito: NASA/JPL
Longitudes de onda de luz que pueden ayudar a sugerir biosferas. Crédito: NASA/JPL

En otras palabras, HabEx intentará detectar señales de vida en planetas que orbitan alrededor de otras estrellas.

Para hacer esto, HabEx necesita bloquear la luz de la estrella, para que los planetas cercanos mucho más débiles puedan ser revelados. Tendrá una y tal vez dos maneras de hacer esto.

El primero es usar un coronógrafo. Este es un pequeño punto que se encuentra dentro del propio telescopio, que se coloca frente a la estrella y bloquea su luz. La luz restante que pasa a través del telescopio proviene de objetos más débiles alrededor de la estrella y puede ser captada por el sensor del instrumento.

El telescopio tiene un espejo deformable especial que puede ajustarse y ajustarse hasta que los planetas más débiles queden a la vista.

Aquí hay un ejemplo de un coronógrafo en uso, en el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral. La estrella central está oculta, revelando el disco de polvo más tenue que la rodea. Aquí hay una imagen directa de una enana marrón orbitando una estrella.

Esta imagen infrarroja muestra el anillo de polvo alrededor de la estrella cercana HR 4796A en la constelación austral de Centauro.  Fue uno de los primeros producidos por el instrumento SPHERE poco después de que se instalara en el Very Large Telescope de ESO en mayo de 2014. No solo muestra el anillo en sí mismo con gran claridad, sino que también revela el poder de SPHERE para reducir el resplandor desde el mismo estrella brillante: la clave para encontrar y estudiar exoplanetas en el futuro.
Esta imagen infrarroja muestra el anillo de polvo alrededor de la estrella cercana HR 4796A en la constelación austral de Centauro. Fue uno de los primeros producidos por el instrumento SPHERE poco después de que se instalara en el Very Large Telescope de ESO en mayo de 2014. No solo muestra el anillo en sí con gran claridad, sino que también revela el poder de SPHERE para reducir el resplandor desde el mismo estrella brillante: la clave para encontrar y estudiar exoplanetas en el futuro.

Y este es uno de los videos más dramáticos. Creo que lo he visto alguna vez, con 4 mundos del tamaño de Júpiter orbitando alrededor de la estrella HR 8799. Es un poco engañoso, los investigadores animaron el movimiento de los planetas entre observaciones, pero aún así, guau.

El segundo método para bloquear la luz será usar un Starshade. Esta es una nave espacial completamente separada que parece un molinete. Vuela a decenas de miles de kilómetros del telescopio, y cuando está perfectamente posicionado, bloquea la luz de la estrella central, mientras permite que la luz de los planetas se filtre por los bordes.

El truco con un Starshade son esos pétalos, que crean un borde más suave para que las ondas de luz del planeta más débil estén menos dobladas. Esto crea una sombra muy oscura que debería tener la mejor oportunidad de revelar planetas.

Concepto artístico del prototipo starshade, una estructura gigante diseñada para bloquear el resplandor de las estrellas para que los futuros telescopios espaciales puedan tomar fotografías de los planetas.  Crédito: NASA/JPL
Concepto artístico del prototipo starshade, una estructura gigante diseñada para bloquear el resplandor de las estrellas para que los futuros telescopios espaciales puedan tomar fotografías de los planetas. Crédito: NASA/JPL

A diferencia de la mayoría de las misiones, los Starshades como este se pueden usar con cualquier observatorio en el espacio. Entonces, el Hubble, James Webb o cualquier otro observatorio podría aprovechar este instrumento.
Siempre nos hemos quejado de que solo podemos ver una fracción de los planetas usando el método de tránsito o velocidad radial debido a cómo se alinean las cosas. Pero con una misión como HabEx, los planetas se pueden ver en cualquier dirección, en cualquier configuración.

Además de esta misión principal, HabEx también se usará para una variedad de astrofísica, como observar el Universo primitivo y estudiar las sustancias químicas de las estrellas más grandes antes y después de que exploten como supernovas.

Lince

A continuación, Lynx, que será el telescopio de rayos X de próxima generación de la NASA. Sorprendentemente, no es un acrónimo, solo lleva el nombre del animal. En varias culturas se pensaba que los linces tenían la capacidad sobrenatural de ver la verdadera naturaleza de las cosas.

Los rayos X se encuentran en el extremo superior del espectro electromagnético y están bloqueados por la atmósfera de la Tierra, por lo que necesita un telescopio espacial para poder verlos. En este momento, la NASA tiene su Observatorio de rayos X Chandra, y la ESA está trabajando en su misión ATHENA, cuyo lanzamiento está previsto para 2028.

Concepto de misión Lynx.  Crédito: NASA
Concepto de misión Lynx. Crédito: NASA

Lynx actuará como socio al Telescopio Espacial James Webb, mirando hacia el borde del Universo observable, revelando las primeras generaciones de agujeros negros supermasivos y ayudando a trazar su formación y fusiones a lo largo del tiempo. Verá la radiación proveniente del gas caliente de la red cósmica primitiva, cuando las primeras galaxias se juntaban.

Y luego se usará para examinar los tipos de objetos Chandra, XMM Newton y otros observatorios de rayos X se enfocan en: púlsares, colisiones de galaxias, colapsares, supernovas, agujeros negros y más. Incluso las estrellas normales pueden emitir destellos de rayos X que nos brindan más información sobre ellas.

La gran mayoría de la materia del Universo se encuentra en nubes de gas a una temperatura de un millón de Kelvin. Si quieres ver el Universo como realmente es, debes mirarlo en rayos X.

Los telescopios de rayos X son diferentes de los observatorios de luz visible como el Hubble. No puedes simplemente tener un espejo que rebota rayos X. En su lugar, utiliza espejos de incidencia rasante que pueden redirigir ligeramente los fotones que los golpean, canalizándolos hacia un detector.

Ilustración artística del Observatorio de rayos X Chandra.  Chandra es el telescopio de rayos X más sensible jamás construido.  Crédito: NASA/CXC/NGST
Ilustración artística del Observatorio de rayos X Chandra. Chandra es el telescopio de rayos X más sensible jamás construido. Crédito: NASA/CXC/NGST

Con un espejo exterior de 3 metros, la parte inicial del embudo, proporcionará 50-100 veces la sensibilidad con 16 veces el campo de visión, reuniendo fotones a 800 veces la velocidad de Chandra.

No estoy seguro de qué más decir. Será un monstruoso observatorio de rayos X. Confía en mí, los astrónomos piensan que esta es una muy buena idea.

Telescopio espacial Orígenes

A continuación, el Telescopio Espacial Origins o OST. Al igual que James Webb y el Telescopio Espacial Spitzer, OST será un telescopio infrarrojo, diseñado para observar algunos de los objetos más geniales del Universo. Pero va a ser aún más grande. Mientras que James Webb tiene un espejo principal de 6,5 metros de ancho, el espejo OST tendrá 9,1 metros de ancho.

Imagine un telescopio casi tan grande como los telescopios terrestres más grandes de la Tierra, pero en el espacio. En el espacio.

Concepto artístico del telescopio espacial Origins (OST).  Créditos: NASA/GSFC
Concepto artístico del telescopio espacial Origins (OST). Créditos: NASA/GSFC

No solo será grande, hará frío.

La NASA pudo enfriar Spitzer a solo 5 Kelvin, eso es 5 grados por encima del cero absoluto y solo un poco más cálido que la temperatura de fondo del Universo. Están planeando bajar Origins a 4 Kelvin. No parece mucho, pero es un gran desafío de ingeniería.

En lugar de simplemente enfriar la nave espacial con helio líquido como lo hicieron con Spitzer, deberán eliminar el calor por etapas, con reflectores, radiadores y, finalmente, un enfriador criogénico alrededor de los instrumentos.

Con un enorme telescopio infrarrojo frío, Origins irá más allá de la visión de James Webb sobre la formación de las primeras galaxias. Mirará a la era en la que se formaron las primeras estrellas, una época que los astrónomos llaman la Edad Oscura.

Verá la formación de sistemas planetarios, discos de polvo y observará directamente las atmósferas de otros planetas en busca de firmas biológicas, evidencia de vida allá afuera.

Tres emocionantes misiones que impulsarán nuestro conocimiento del Universo. Pero he guardado el telescopio más grande y ambicioso para el final.

LUVOIR

LUVOIR, o el gran topógrafo UV/óptico/IR. James Webb va a ser un telescopio poderoso, pero es un instrumento infrarrojo diseñado para mirar objetos más fríos en el Universo, como galaxias desplazadas hacia el rojo al principio de los tiempos, o sistemas planetarios recién formados. El telescopio espacial Origins será una mejor versión de James Webb.

LUVOIR será el verdadero sucesor del Telescopio Espacial Hubble. Será un enorme instrumento capaz de ver en luz infrarroja, visible y ultravioleta.

Concepto artístico del telescopio espacial Large Ultraviolet/Optical/Infrared Surveyor (LUVOIR).  Créditos: NASA/GSFC
Concepto artístico del telescopio espacial Large Ultraviolet/Optical/Infrared Surveyor (LUVOIR). Créditos: NASA/GSFC

Hay dos diseños en proceso. Uno que tiene 8 metros de ancho y podría lanzarse en un vehículo pesado como el Falcon Heavy. Y otro diseño que usaría el Sistema de Lanzamiento Espacial que mide 15 metros de ancho. Eso es un 50% más grande que el mayor telescopio basado en la Tierra. Recuerde, el Hubble tiene solo 2,6 metros.

Tendrá un amplio campo de visión y un conjunto de filtros e instrumentos que los astrónomos pueden usar para observar lo que quieran. Estará equipado con un coronógrafo como el que mencionamos anteriormente, para observar directamente los planetas y oscurecer sus estrellas, un espectrógrafo para descubrir qué sustancias químicas están presentes en las atmósferas de los exoplanetas y más.

LUVOIR será un instrumento de propósito general que los astrónomos utilizarán para hacer descubrimientos en los campos de la astrofísica y la ciencia planetaria. Pero algunas de sus capacidades incluirán: observación directa de exoplanetas y búsqueda de firmas biológicas, categorizando todos los diferentes tipos de exoplanetas que existen, desde Júpiter calientes hasta súper Tierras.

Podrá observar objetos dentro del Sistema Solar mejor que cualquier otra cosa; si no tenemos una nave espacial allí, LUVOIR será una vista bastante buena. Por ejemplo, aquí hay una vista de Enceladus del Hubble, en comparación con la vista de LUVOIR.

Encélado visto desde Hubble y LUVOIR.  Crédito: NASA
Encélado visto desde Hubble y LUVOIR. Crédito: NASA

Será capaz de mirar hacia cualquier parte del Universo, para ver estructuras mucho más pequeñas que el Hubble. Verá las primeras galaxias, las primeras estrellas y ayudará a medir las concentraciones de materia oscura en todo el Universo.

Los astrónomos aún no entienden completamente qué sucede cuando las estrellas acumulan suficiente masa para encenderse. LUVOIR observará las regiones de formación de estrellas, mirará a través del gas y el polvo y verá los primeros momentos de la formación de estrellas, así como los planetas que los orbitan.

¿Te he entusiasmado total y completamente con el futuro de la astronomía? Bien. Pero aquí viene la mala noticia. Casi no hay posibilidad de que la realidad coincida con esta fantasía.

A principios de este mes la nasa anunció que los planificadores de misiones que trabajan en estos telescopios espaciales deberán limitar sus presupuestos a entre tres y cinco mil millones de dólares. Hasta ahora, los planificadores no tenían pautas, solo debían diseñar instrumentos que pudieran hacer la ciencia.

Los ingenieros habían estado trabajando en planes de misión que fácilmente podrían cruzar los $5 mil millones para HabEx, Lynx y OST, y estaban considerando $20 mil millones mucho más grandes para LUVOIR.

Aunque el Congreso ha estado presionando por presupuestos sorprendentemente grandes para la NASA, la agencia espacial quiere que sus planificadores sean conservadores. Y cuando consideras cuán sobre presupuestado y retrasado se ha vuelto James Webb, no es del todo sorprendente.

Originalmente, se suponía que James Webb costaría entre uno y tres coma cinco mil millones de dólares y se lanzaría entre 2007 y 2011. Ahora parece que se lanzará en 2020, los costos han superado un presupuesto de $ 8.8 mil millones ordenado por el Congreso, y está claro que todavía hay mucho de trabajo a realizar.

En una prueba de agitación reciente, ingenieros encontraron arandelas y tornillos que había salido del telescopio. Esto no es como un estante de IKEA con piezas sobrantes. Estas piezas son importantes.

A pesar de que se salvó del tajo, se estima que el Telescopio WFIRST cuesta $ 3.9 mil millones, por encima de su presupuesto original de $ 2 mil millones.

Uno, dos o tal vez incluso todos estos telescopios eventualmente se construirán. Esto es lo que los científicos creen que es más importante para hacer los próximos descubrimientos en astronomía, pero prepárate para las batallas presupuestarias, los sobrecostos y los plazos más largos. Lo sabremos mejor cuando todos los estudios se unan en 2019.

Se necesitaría algún tipo de milagro de la ingeniería para que los cuatro telescopios se unieran, a tiempo y dentro del presupuesto, para volar juntos al espacio en 2035. Los mantendré informados.

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